V4L2 soc-camera 分析 - 调用关系

应用层通过设备节点/dev/videoX打开video4linux devices。/dev/videoX是一个字符设备，主设备号81，次设备号： (0～63)分配给capture设备，64~127分配给radio设备，223~255分配给VBI设备，128~191分配给其他类型的。

如果驱动要注册一个video4linux设备，那么需要调用video_register_device函数。

利用dump_stack函数，可以方便的获取内核函数调用关系。

open调用关系

从调用关系角度来看，open是最复杂的，因为它不仅要执行真正的打开操作，还需要为mmap ioctl设置操作函数。

1. Application 通过open打开设备节点/dev/videoX

2. 进入系统调用sys_open，sys_open调用do_sys_open

3. do_sys_open 调用 do_flip_open

4. do_filp_open 这个函数比较长，大部分都是路径查找相关的代码，这里只需要关注do_last

5. do_last 大部分是路径相关的代码，只需关注finish_open

6. finish_open 调用这个函数时，已经填充好了路径名对应的nameidata结构，调用nameidata_to_flip

7. nameidata_to_flip 调用__dentry_open

8.  __dentry_open会调用chrdev_open，在__dentry_open中有如下代码片段

    f->f_op = fops_get(inode->i_fop);
    .....
    if (!open && f->f_op)
        open = f->f_op->open;
    if (open) {
        error = open(inode, f);
        if (error)
            goto cleanup_all;
    }

当系统进行路径lookup过程中，会把这个设备文件对应的inode读入到内存中，在读取文件inode的过程中，判断这个inode是下列类型中的哪一个：regualr，char，block，pipe。此时，会根据inode类型的不同，赋给inode->i_fop不同的操作函数

在当前的case，shmem_get_inode会调用init_special_inode初始化这个inode，由于/dev/videoX是字符设备，所以inode->i_fop = &def_chr_fops。def_chr_fops.open = chrdev_open

9. chrdev_open 根据设备节点的主次设备好在系统内查找对应的cdev对象，把cdev->ops赋给filp->f_op(这个赋值操作是很重要的步骤，它把filp和具体设备的操作函数联系到一起)，当前的case，cdev->ops是v4l2_ops。调用filp->f_op->open就完成了打开操作，flip->f_op->open则是v4l2_open。

10. v4l2_open 中调用vdev->fops->open，对于soc camera来说，我们在调用video_register_device之前，已经把vdev->fops设置为soc_camera_fops。vdev->fops->open也就是调用soc_camera_open

11. 绕了很大一圈，终于调用了soc_camera_open。

mmap调用关系

1. 系统调用mmap_pgoff，mmap_pgoff调用do_mmap_pgoff

2. do_mmap_pgoff，调用mmap_region

3. mmap_region 调用filp->f_op->mmap，在第一次打开文件时，open操作设置了file->f_op为v4l2_ops，file->f_op->mmap则是v4l2_mmap

4. v4l2_mmap，v4l2_mmap调用vdev->fops->mmap，对于soc_camera来说，vdev->fops是soc_camera_ops，所以vdev->fops->mmap是soc_camera_mmap

5. soc_camera_mmap

ioctl调用关系

1. 系统调用ioctl，调用do_vfs_ioctl

2. do_vfs_ioctl ，调用vfs_ioctl

3. vfs_ioctl 代码片段

    if (filp->f_op->unlocked_ioctl) {
        error = filp->f_op->unlocked_ioctl(filp, cmd, arg);
        if (error == -ENOIOCTLCMD)
            error = -EINVAL;
        goto out;
    } else if (filp->f_op->ioctl) {
        lock_kernel();
        error = filp->f_op->ioctl(filp->f_path.dentry->d_inode,
                      filp, cmd, arg);
        unlock_kernel();
    }

在第一次打开文件时，已经设置了filp->f_op为v4l2_ops。注意不同内核版本中v4l2_ops实现是不同的，可能定义了ioctl，也可能定义了unlocked_ioctl。我的kernel v4l2_ops定义如下

static const struct file_operations v4l2_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .read = v4l2_read,
    .write = v4l2_write,
    .open = v4l2_open,
    .mmap = v4l2_mmap,
    .unlocked_ioctl = v4l2_ioctl,
#ifdef CONFIG_COMPAT
    .compat_ioctl = v4l2_compat_ioctl32,
#endif
    .release = v4l2_release,
    .poll = v4l2_poll,
    .llseek = no_llseek,
};

因此filep->f_op_unlocked_ioctl是v4l2_ioctl

5. v4l2_ioctl 代码片段如下

    if (vdev->fops->unlocked_ioctl) {
        if (vdev->lock && mutex_lock_interruptible(vdev->lock))
            return -ERESTARTSYS;
        if (video_is_registered(vdev))
            ret = vdev->fops->unlocked_ioctl(filp, cmd, arg);
        if (vdev->lock)
            mutex_unlock(vdev->lock);

soc_camera_fops.unlocked_ioctl = video_ioctl2

6. video_ioctl2 调用__video_do_ioctl

7. __video_do_ioctl，这个函数对参数做一些基本的判断，然后调用video_device的ioctl_ops，对于soc_camera系统来说，是soc_camera_ioctl_ops

8 soc_camera_ioctl_ops实现如下

static const struct v4l2_ioctl_ops soc_camera_ioctl_ops = {
    .vidioc_querycap     = soc_camera_querycap,
    .vidioc_g_fmt_vid_cap    = soc_camera_g_fmt_vid_cap,
    .vidioc_enum_fmt_vid_cap = soc_camera_enum_fmt_vid_cap,
    .vidioc_s_fmt_vid_cap    = soc_camera_s_fmt_vid_cap,
    .vidioc_enum_input   = soc_camera_enum_input,
    .vidioc_g_input      = soc_camera_g_input,
    .vidioc_s_input      = soc_camera_s_input,
    .vidioc_s_std        = soc_camera_s_std,
    .vidioc_reqbufs      = soc_camera_reqbufs,
    .vidioc_try_fmt_vid_cap  = soc_camera_try_fmt_vid_cap,
    .vidioc_querybuf     = soc_camera_querybuf,
    .vidioc_qbuf         = soc_camera_qbuf,
    .vidioc_dqbuf        = soc_camera_dqbuf,
    .vidioc_streamon     = soc_camera_streamon,
    .vidioc_streamoff    = soc_camera_streamoff,
    .vidioc_queryctrl    = soc_camera_queryctrl,
    .vidioc_g_ctrl       = soc_camera_g_ctrl,
    .vidioc_s_ctrl       = soc_camera_s_ctrl,
    .vidioc_cropcap      = soc_camera_cropcap,
    .vidioc_g_crop       = soc_camera_g_crop,
    .vidioc_s_crop       = soc_camera_s_crop,
    .vidioc_g_parm       = soc_camera_g_parm,
    .vidioc_s_parm       = soc_camera_s_parm,
    .vidioc_g_chip_ident     = soc_camera_g_chip_ident,
#ifdef CONFIG_VIDEO_ADV_DEBUG
    .vidioc_g_register   = soc_camera_g_register,
    .vidioc_s_register   = soc_camera_s_register,
#endif
};